[发明专利]一种具有变斜率浓度梯度掺杂结构的锂离子电池正极材料及其制备

权利要求书

1.一种具有变斜率浓度梯度掺杂结构的锂离子电池正极材料，其特征在于，所述锂离子电池正极材料为球形颗粒，内部的掺杂元素具有变斜率浓度梯度的组成结构，且从核心到表面掺杂元素的浓度逐渐变化，变化的速率由内到外逐渐加快。

2.根据权利要求1所述的一种具有变斜率浓度梯度掺杂结构的锂离子电池正极材料，其特征在于，所述锂离子电池正极材料含有一种或多种掺杂元素，所述掺杂元素的浓度由内核核心到外壳表面逐渐升高或者逐渐降低。

3.一种具有变斜率浓度梯度掺杂结构的锂离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)溶液的配置：分别配制浓度为0.01mol/L～5mol/L的沉淀剂水溶液b、0.02mol/L～15mol/L的络合剂水溶液c、0.01mol/L～4mol/L的金属盐水溶液d、0.01-2mol/L的掺杂元素溶液e和f，其中e和f中至少其一含有一种或者多种掺杂元素，并且e和f中所含有的相同种类的金属离子浓度不相同；

(2)前驱体的制备：将所述步骤(1)中制备的络合剂水溶液c稀释成浓度为0.01mol/L～5mol/L的水溶液后加入持续搅拌的液相反应釜中作为初始的反应底液，开始反应后将金属盐水溶液d、沉淀剂水溶液b和络合剂水溶液c分别泵入液相反应釜中，同时将掺杂元素溶液e以恒定的速率Q₁逐步泵入持续搅拌的掺杂元素溶液f中并混合均匀，同时将混合后的掺杂元素溶液f以恒定的速率Q₂逐步泵入持续搅拌的液相反应釜中，反应结束后关闭加热，降温后将产物经水洗后过滤并≤200℃条件下烘干，得到具有变斜率浓度梯度掺杂结构的锂离子电池正极材料的前驱体；

(3)高温固相嵌锂：将所述步骤(2)中得到的具有变斜率全浓度梯度锂离子电池正极材料的前驱体与锂源混合均匀，然后将混合物转移至匣钵中并置于气氛烧结炉中烧结，之后将产物冷却破碎、过筛，得到具有变斜率浓度梯度掺杂结构的锂离子电池正极材料。

4.根据权利要求3所述的一种具有变斜率浓度梯度掺杂结构的锂离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中的金属盐水溶液d中的金属盐为金属盐酸盐、金属硝酸盐、金属硫酸盐、金属醋酸盐中的一种或多种的组合；且所述金属盐水溶液的金属为Ni、Co、Mn、Al、Mg、Zn、Cr、V、Zr、Fe、Ti、Cu、Mo金属中的一种或多种的组合；

所述络合剂水溶液c中的络合剂为氨水、氯化铵、硝酸铵、硫酸铵、醋酸铵、EDTA、柠檬酸铵、乙二胺、乙酸、氟化钠、酒石酸、马来酸、琥珀酸、柠檬酸、丙二酸中的一种或其中几种的组合；

所述沉淀剂水溶液中b的沉淀剂为氨水、氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂、碳酸钠、碳酸钾、碳酸锂中的一种或其中几种的组合；

所述掺杂元素溶液的掺杂元素为Al、Mg、Zn、Cr、V、Zr、Fe、Ti、Ag、B、Ce、F、Ga、La、Na、Cu、Mo、Ni、Co、Mn元素中的一种或多种的组合。

5.根据权利要求3所述的一种具有变斜率浓度梯度掺杂结构的锂离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，同时使用两种具有不同组成的掺杂元素水溶液，其中一种掺杂元素水溶液随着反应进行逐步泵入另外一种掺杂元素水溶液中并迅速混合均匀，然后将混合后的掺杂元素水溶液泵入所述液相反应釜中。

6.根据权利要求5所述的一种具有变斜率浓度梯度掺杂结构的锂离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，掺杂元素溶液e和混合混合掺杂元素溶液具有不同的进料速率，且Q₁<Q₂。

7.根据权利要求3所述的一种具有变斜率浓度梯度掺杂结构的锂离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中反应体系的pH值为6-13，反应釜内部金属元素与氨水的摩尔比为1:0.1-10，液相反应釜搅拌转速为300r/min～1000r/min，反应釜中总反应液体积的恒定且反应过程中控制反应体系在惰性气体气氛中，反应温度30℃～90℃。